C++ 中的数据类型

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使用编程语言进行编程时，需要用到各种变量来存储各种信息。变量保留的是它所存储的值的内存位置。这意味着，当我们创建一个变量时，就会在内存中保留一些空间。

我们可能需要存储各种数据类型（比如字符型、宽字符型、整型、浮点型、双浮点型、布尔型等）的信息，操作系统会根据变量的数据类型，来分配内存和决定在保留内存中存储什么。

基本的内置类型

C++ 为程序员提供了种类丰富的内置数据类型和用户自定义的数据类型。下表列出了七种基本的 C++ 数据类型：

类型	关键字
布尔型	`bool`
字符型	`char`
整型	`int`
浮点型	`float`
双浮点型	`double`
无类型	`void`
宽字符型	`wchar_t`

其实，宽字符型关键字 wchar_t 的代码实际上是：

因此 wchar_t 实际上的占有的空间是和 short int 一样的。

一些基本类型可以使用一个或多个类型修饰符进行修饰：

修饰符	描述	示例
`signed`	表示有符号类型（默认）	`signed int x = -10;`
`unsigned`	表示无符号类型	`unsigned int y = 10;`
`short`	表示短整型	`short int z = 100;`
`long`	表示长整型	`long int a = 100000;`
`const`	表示常量，值不可修改	`const int b = 5;`
`volatile`	表示变量可能被意外修改，禁止编译器优化	`volatile int c = 10;`
`mutable`	表示类成员可以在 `const` 对象中修改	`mutable int counter;`

下表显示了各种变量类型在内存中存储值时需要占用的内存，以及该类型的变量所能存储的最大值和最小值。

注意：不同系统会有所差异，一字节为 8 位。

注意：默认情况下，int、short、long都是带符号的，即 signed。

注意：long int 8 个字节，int 都是 4 个字节，早期的C语言编译器定义了 long int 占用 4 个字节，int 占用 2 个字节，新版的 C/C++ 标准兼容了早期的这一设定。

数据类型	描述	大小（字节）	范围/取值示例
`bool`	布尔类型，表示真或假	1	`true` 或 `false`
`char`	字符类型，通常用于存储 ASCII 字符	1	-128 到 127 或 0 到 255
`signed char`	有符号字符类型	1	-128 到 127
`unsigned char`	无符号字符类型	1	0 到 255
`wchar_t`	宽字符类型，用于存储 Unicode 字符	2 或 4	取决于平台
`char16_t`	16 位 Unicode 字符类型（C++11 引入）	2	0 到 65,535
`char32_t`	32 位 Unicode 字符类型（C++11 引入）	4	0 到 4,294,967,295
`short`	短整型	2	-32,768 到 32,767
`unsigned short`	无符号短整型	2	0 到 65,535
`int`	整型	4	-2,147,483,648 到 2,147,483,647
`unsigned int`	无符号整型	4	0 到 4,294,967,295
`long`	长整型	4 或 8	取决于平台
`unsigned long`	无符号长整型	4 或 8	取决于平台
`long long`	长长整型（C++11 引入）	8	-9,223,372,036,854,775,808 到 9,223,372,036,854,775,807
`unsigned long long`	无符号长长整型（C++11 引入）	8	0 到 18,446,744,073,709,551,615
`float`	单精度浮点数	4	约 ±3.4e±38（6-7 位有效数字）
`double`	双精度浮点数	8	约 ±1.7e±308（15 位有效数字）
`long double`	扩展精度浮点数	8、12 或 16	取决于平台

C++11 新增类型

数据类型	描述	示例
`auto`	自动类型推断	`auto x = 10;`
`decltype`	获取表达式的类型	`decltype(x) y = 20;`
`nullptr`	空指针常量	`int* ptr = nullptr;`
`std::initializer_list`	初始化列表类型	`std::initializer_list<int> list = {1, 2, 3};`
`std::tuple`	元组类型，可以存储多个不同类型的值	`std::tuple<int, float, char> t(1, 2.0, 'a');`

从上表可得知，变量的大小会根据编译器和所使用的计算机而有所不同。

下面的代码会输出我们的计算机上各种数据类型的大小。

以上代码使用了 endl，这将在每一行后插入一个换行符，<< 运算符用于向屏幕传多个值，sizeof() 运算符用来获取各种数据类型的大小。

当上面的代码被编译和执行时，它会产生以下的结果，结果会根据所使用的计算机而有所不同：

派生数据类型

数据类型	描述	示例
`数组`	相同类型元素的集合	`int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};`
`指针`	存储变量内存地址的类型	`int* ptr = &x;`
`引用`	变量的别名	`int& ref = x;`
`函数`	函数类型，表示函数的签名	`int func(int a, int b);`
`结构体`	用户定义的数据类型，可以包含多个不同类型的成员	`struct Point { int x; int y; };`
`类`	用户定义的数据类型，支持封装、继承和多态	`class MyClass { ... };`
`联合体`	多个成员共享同一块内存	`union Data { int i; float f; };`
`枚举`	用户定义的整数常量集合	`enum Color { RED, GREEN, BLUE };`

类型别名

别名	描述	示例
`typedef`	为现有类型定义别名	`typedef int MyInt;`
`using`	为现有类型定义别名（C++11 引入）	`using MyInt = int;`

标准库类型

数据类型	描述	示例
`std::string`	字符串类型	`std::string s = "Hello";`
`std::vector`	动态数组	`std::vector<int> v = {1, 2, 3};`
`std::array`	固定大小数组（C++11 引入）	`std::array<int, 3> a = {1, 2, 3};`
`std::pair`	存储两个值的容器	`std::pair<int, float> p(1, 2.0);`
`std::map`	键值对容器	`std::map<int, std::string> m;`
`std::set`	唯一值集合	`std::set<int> s = {1, 2, 3};`

`typedef` 声明

我们可以使用 typedef 为一个已有的类型取一个新的名字。下面是使用 typedef 定义一个新类型的语法：

例如，下面的语句会告诉编译器，hzau 是 int 的另一个名称：

现在，下面的声明是完全合法的，它创建了一个整型变量 distance：

枚举类型

枚举类型(enumeration)是C++中的一种派生数据类型，它是由用户定义的若干枚举常量的集合。

如果一个变量只有几种可能的值，可以定义为枚举(enumeration)类型。所谓"枚举"是指将变量的值一一列举出来，变量的值只能在列举出来的值的范围内。

创建枚举，需要使用关键字 enum。枚举类型的一般形式为：

如果枚举没有初始化, 即省掉"=整型常数"时, 则从第一个标识符开始。

例如，下面的代码定义了一个颜色枚举，变量 c 的类型为 color。最后，c 被赋值为 "blue"。

默认情况下，第一个名称的值为 0，第二个名称的值为 1，第三个名称的值为 2，以此类推。但是，您也可以给名称赋予一个特殊的值，只需要添加一个初始值即可。例如，在下面的枚举中，green 的值为 5。

在这里，blue 的值为 6，因为默认情况下，每个名称都会比它前面一个名称大 1，但 red 的值依然为 0。

类型转换

类型转换是将一个数据类型的值转换为另一种数据类型的值。

C++ 中有四种类型转换：静态转换、动态转换、常量转换和重新解释转换。

静态转换（Static Cast）

静态转换（static_cast）是将一种数据类型的值强制转换为另一种数据类型的值。

静态转换通常用于比较类型相似的对象之间的转换，例如将 int 类型转换为 float 类型。

静态转换不进行任何运行时类型检查，因此可能会导致运行时错误。

动态转换（Dynamic Cast）

动态转换（dynamic_cast）是 C++ 中用于在继承层次结构中进行向下转换（downcasting）的一种机制。

动态转换通常用于将一个基类指针或引用转换为派生类指针或引用。

动态转换在运行时进行类型检查。如果转换失败，对于指针类型会返回 nullptr，对于引用类型则会抛出 std::bad_cast 异常。

语法：

目标类型：必须是指针或引用类型。

表达式：需要转换的基类指针或引用。

请看以下实例：

输出：

请看以下实例：

输出：

特性	指针类型	引用类型
转换失败返回值	返回 `nullptr`	抛出 `std::bad_cast` 异常
适用场景	向下转换、运行时类型检查	向下转换、运行时类型检查
性能开销	较高	较高
基类要求	必须具有虚函数	必须具有虚函数